徐文彬
摘要:通過跟蹤并分析1號(hào)線增購車車輪抖動(dòng)現(xiàn)象,查找故障原因,并通過測試探討1號(hào)線增購車車輪多邊形產(chǎn)生的原因,探討“兩刀鏇”和施加緊制實(shí)驗(yàn)緩解徑向跳動(dòng)趨勢。
關(guān)鍵詞:抖動(dòng);徑向跳動(dòng);多邊形;車輪硬度;兩刀鏇;緊制實(shí)驗(yàn)
1 概述
2016年蘇州1號(hào)線增購車輛在運(yùn)行3萬至6萬公里時(shí)在正線運(yùn)營、試車線調(diào)試時(shí)相繼出現(xiàn)抖動(dòng)、車下異響、噪音增大等現(xiàn)象。通過異常情況分析和跟蹤,確定問題集中在車下轉(zhuǎn)向架上,與1號(hào)線主線車進(jìn)行對(duì)比,排除了牽引傳動(dòng)裝置和軸箱軸承異常的情況,問題源鎖定為車輛輪對(duì)異常磨耗。車輛中心將車輛調(diào)到不落輪鏇床后測量輪徑數(shù)據(jù),發(fā)現(xiàn)多列車的多個(gè)車輪存在徑向跳動(dòng)超差的現(xiàn)象,其中0126車 7個(gè)車輪徑向跳動(dòng)大于0.5mm,超差嚴(yán)重。
車輪多邊形是指軌道車輛的車輪在運(yùn)用一段時(shí)間后會(huì)因滾動(dòng)接觸、牽引、制動(dòng)和車輛振動(dòng)等多種原因的影響而產(chǎn)生磨耗,并不再保持理想形狀,形成一種多邊形的現(xiàn)象。多邊形是車輪型面變化的一種常見現(xiàn)象,早在20世紀(jì)80年代荷蘭鐵路就出現(xiàn)了多邊形現(xiàn)象,類似的現(xiàn)象在德國和法國也曾出現(xiàn)過,除了傳統(tǒng)鐵道車輛、車輪多邊形現(xiàn)象同樣也出現(xiàn)在地鐵車輛上。本文對(duì)車輪徑向跳動(dòng)超差的原因進(jìn)行探討,并通過 “兩刀鏇”和施加緊制實(shí)驗(yàn)緩解徑向跳動(dòng)趨勢。
2 原因分析
跳動(dòng)量是從幾何形狀上控制車輪質(zhì)量,分為徑向跳動(dòng)和側(cè)向跳動(dòng)二種情形,其中徑向跳動(dòng)影響最大,直接涉及車輛的舒適性,因此徑向跳動(dòng)是車輪檢修的一個(gè)重要項(xiàng)點(diǎn)。當(dāng)車輪徑向跳動(dòng)超過標(biāo)準(zhǔn)值時(shí),將影響車輪的正常運(yùn)行,產(chǎn)生抖動(dòng)現(xiàn)象,進(jìn)而反映為列車運(yùn)行的舒適度上。通過對(duì)1號(hào)線增購車車輪踏面進(jìn)行檢查,發(fā)現(xiàn)增購車踏面存在多邊形現(xiàn)象,為導(dǎo)致徑向跳動(dòng)的直接原因。
一般來說,正常情況下車輪輕微多邊形化或均勻磨耗不會(huì)對(duì)車輛的性能產(chǎn)生顯著影響,只有當(dāng)車輪的外形因多邊形化嚴(yán)重、輪緣磨耗超限或踏面磨耗超限時(shí),才需要重新進(jìn)行車輪鏇修。引起車輪多邊形化的原因是多方面的,線路條件、運(yùn)行工況、車輛狀態(tài)等都是重要因素。車輪多邊形化所產(chǎn)生的噪聲及振動(dòng)不僅影響乘客的舒適度,同時(shí)還會(huì)使輪軌垂向接觸力增大,導(dǎo)致軌道、車輛組成部件如輪對(duì)軸承、軌枕及鋼軌產(chǎn)生疲勞進(jìn)而縮短使用壽命。1號(hào)線主線車與增購車運(yùn)行條件一致,轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)未發(fā)生變化,可排除線路、轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)因素,問題鎖定在增購車車輪上,遂對(duì)增購車車輪生產(chǎn)工藝、質(zhì)量、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)等進(jìn)行調(diào)查,調(diào)查結(jié)果如下:
(一)車輪檢查
1號(hào)線增購車前10列車和架修周轉(zhuǎn)件轉(zhuǎn)向架1列車,共11列車輪對(duì)來源于馬鞍山車輪公司的4批次產(chǎn)品,其中出現(xiàn)異常磨耗車輛的7列車中的車輪來源于馬鞍山車輪公司的2批次爐號(hào)熱處理的產(chǎn)品01880和02745,其中01880號(hào)爐的產(chǎn)品裝車異常情況達(dá)23.9%,02745爐號(hào)的產(chǎn)品裝車異常情況達(dá)29.9%,其余爐號(hào)產(chǎn)品未出現(xiàn)異常磨耗,懷疑為批次問題。
對(duì)主線車、增購車車輪的鋼坯采購、熱處理、機(jī)加工等關(guān)鍵工序的過程和設(shè)備能力進(jìn)行了調(diào)查,并對(duì)踏面進(jìn)行取樣分析,未發(fā)現(xiàn)明顯區(qū)分,可排除車輪質(zhì)量問題。
(二)車輪硬度
1號(hào)線主線車和增購車車輪硬度統(tǒng)計(jì)情況如下:
通過以上對(duì)比可看出,1號(hào)線主線車與增購車車輪硬度均在規(guī)定范圍260-320HR內(nèi),但增購車車輪硬度較主線車略高,在中上水平。
3 ?測試跟蹤
1號(hào)線增購車徑向跳動(dòng)現(xiàn)象頻發(fā),其中0126車現(xiàn)象嚴(yán)重,為減緩蘇州1號(hào)線增購車輛徑向跳動(dòng)超差情況, 特選取0126車、0129車、0135車分別進(jìn)行“兩刀鏇”、施加緊制實(shí)驗(yàn)、正常鏇修三種測試,跟蹤后期車輪運(yùn)用情況,對(duì)車輪徑向跳動(dòng)情況進(jìn)行對(duì)比分析。(一) “兩刀鏇”測試
“兩刀鏇”是指在車輪正常鏇修完成再進(jìn)行0.3mm的鏇修,以減小車輪多邊形幅值。
0126車“兩刀鏇”徑向跳動(dòng)分布情況如下圖所示,并選取0126 Tc1車的07位和MP1車的03位車輪作為代表,分析車輪的“兩刀鏇”的階次變化情況。通過對(duì)比,車輪在“一刀鏇”鏇修后會(huì)帶來4階和7階多邊形,“二刀鏇”在“一刀鏇”的基礎(chǔ)上未對(duì)1、4、7階多邊形進(jìn)行消除,但多邊形幅值有所緩解,減緩產(chǎn)生徑向跳動(dòng)的趨勢,推測可能為不落輪鏇床定位方式引起的多邊形。
分別在0126車(兩刀鏇)與0135車(一刀鏇)鏇修后4萬、9萬公里對(duì)車輪徑向跳動(dòng)進(jìn)行測量對(duì)比,采用“兩刀鏇”0126車的各階次粗糙度水平比采用“一刀鏇”的0135車的各階次粗糙度水平低很多。
1、0126車與0135車輪徑跳分布對(duì)比----鏇后4萬公里”
2、0126車與0135車輪徑跳分布對(duì)比----鏇后9萬公里
由此可知,“兩刀鏇”能減小車輪徑向跳動(dòng)的幅值,減緩徑向跳動(dòng)發(fā)生的趨勢。
(二)施加緊制實(shí)驗(yàn)
施加緊制實(shí)驗(yàn)為探討車輛施加緊急制動(dòng)對(duì)車輪不圓度的改善情況,原理是在高速情況下使車輪與制動(dòng)閘瓦相互作用,磨合車輪踏面形狀,可一定程度的緩解多邊形及徑向跳動(dòng)值超差的時(shí)間。自2018年3月28日至9月28日選取0129車進(jìn)行測試,列車每次回場時(shí),在車輛段運(yùn)行至25km/h施加純空氣的緊急制動(dòng)(手動(dòng)模式下松開警惕按鈕3s)一次,分別在0129車鏇修后4萬、6萬公里對(duì)車輪運(yùn)行情況進(jìn)行測量。0129車鏇后運(yùn)營4萬、6萬多公里的徑向跳動(dòng)分布,優(yōu)于鏇后運(yùn)營4萬公里的0135車,施加緊制實(shí)驗(yàn)可一定程度減緩徑向跳動(dòng)。
4 影響與處理措施
車輪徑向跳動(dòng)不僅影響車輛運(yùn)行的舒適度,頻繁鏇修還將減小車輪使用壽命,增加運(yùn)營成本。 1號(hào)線主線車自2012年4月運(yùn)營至今共鏇修67列次,其中25列次鏇修為架修作業(yè)需求,平均每列車鏇修頻次為0.383列次/年,扣除架修鏇修需求,平均每列車鏇修頻次為0.24列次/年;增購車由于徑向跳動(dòng),頻繁鏇修,自2016年5月運(yùn)營至今共鏇修22列次,平均每列車鏇修頻次為0.489列次/年,頻次遠(yuǎn)較主線車高,車輪磨耗量大大增加,減小了車輪使用壽命。主線車輛平均運(yùn)行里程數(shù)為716185.5公里,輪徑平均為822.87mm,最小輪徑為812.6mm,輪對(duì)平均磨耗量為17.13mm(輪對(duì)初始值按照840mm計(jì)算),輪對(duì)磨耗比為0.239mm/萬公里;增購車平均運(yùn)行里程數(shù)為170946.9公里,平均輪徑為833.33mm,最小輪徑為824.70mm,輪對(duì)平均磨耗量為6.67mm(輪對(duì)初始值按照840mm計(jì)算),輪對(duì)磨耗比為0.368mm/萬公里。
目前1號(hào)線主線車平均運(yùn)行里程數(shù)為716185.5公里,平均輪徑為823.24mm,輪對(duì)平均磨耗比為0.228mm/萬公里。1號(hào)線主線車與增購車每萬公里輪徑磨耗情況對(duì)比如上所示,可看出1號(hào)線主線車運(yùn)行24萬至36萬公里磨耗情況有所上升,應(yīng)為架修時(shí)對(duì)車輪進(jìn)行鏇修作業(yè)導(dǎo)致,36萬至48萬公里磨耗有所下降,整體上升趨勢平緩,輪徑磨耗平穩(wěn),基本以每年0.02mm/萬公里遞增,按此趨勢當(dāng)輪徑磨耗到790mm時(shí),車輛運(yùn)行155.6萬公里,其中0108車磨耗最快,目前運(yùn)行736467公里,平均輪徑813.37mm,預(yù)計(jì)能運(yùn)行133.65萬公里;0101車磨耗最慢,目前運(yùn)行721944公里,平均輪徑825.01mm,預(yù)計(jì)能運(yùn)行156.19萬公里,主線車均可堅(jiān)持到10年大修期。
增購車平均運(yùn)行里程數(shù)為170946.9公里,平均輪徑為833.33mm,按照主線車每年0.02mm/萬公里遞增趨勢,當(dāng)輪徑磨耗到790mm時(shí),車輛運(yùn)行101.1萬公里,無法堅(jiān)持到10年大修期。
現(xiàn)對(duì)0126車(兩刀鏇)、0129車(施加緊制實(shí)驗(yàn))、0135三種跟蹤車輛車輪磨耗情況進(jìn)行對(duì)比:
通過以上統(tǒng)計(jì)可看出0126、0129車分別進(jìn)行“兩刀鏇”、施加緊制實(shí)驗(yàn)后,未發(fā)現(xiàn)明顯徑向跳動(dòng),每萬公里磨耗量明顯下降,車輪使用壽命達(dá)到主線車水平,可堅(jiān)持到10年大修期。
4 影響與處理措施
1號(hào)線增購車車輪硬度大于主線車車輪硬度,增購車運(yùn)行時(shí)車輪多邊形不易消除,產(chǎn)生車輪徑向跳動(dòng),通過采取“兩刀鏇”及施加緊制,可以減小多邊形幅值,適當(dāng)緩解徑向跳動(dòng)現(xiàn)象,改善車輪使用情況,避免在架修期前更換車輪,減少車輪更換的工作量,有效節(jié)約運(yùn)營成本。
(作者單位:蘇州市軌道交通集團(tuán)有限公司運(yùn)營分公司)